Development of on-line Monitoring System based on Backscattered Electron Imaging in Electron Beam Selective Melting Process

KONG Lingqi; LIU Fangjun; CHEN Shiye; XU Haiying; ZHANG Wei; HUANG Junyuan; WANG Zhuang; SHI Yilei; JIANG Buhui

doi:10.7512/j.issn.1001-2303.2023.11.01

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Development of on-line Monitoring System based on Backscattered Electron Imaging in Electron Beam Selective Melting Process
Vol. 53, Issue 11, Pages: 1-8(2023)
Received：07 January 2023，

Published：25 November 2023
DOI： 10.7512/j.issn.1001-2303.2023.11.01
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孔令其，刘方军，陈世业，等.电子束选区熔化过程基于背散射电子成像的在线监测系统研制［J］.电焊机，2023，53（11）：1-8. DOI： 10.7512/j.issn.1001-2303.2023.11.01.

KONG Lingqi, LIU Fangjun, CHEN Shiye, et al.Development of on-line Monitoring System based on BackscatteredElectron Imaging in Electron Beam Selective Melting Process[J].Electric Welding Machine, 2023, 53(11): 1-8. DOI： 10.7512/j.issn.1001-2303.2023.11.01.

摘要

电子束选区熔化（Electron beam selective melting，EBSM）是一种先进的金属粉末床熔融增材制造技术，具有能量集中、能量利用率高、可以成形难熔及脆性材料、真空环境无污染等优点，在航空航天、生物医疗等领域被广泛应用。对电子束选区成形过程进行实时监测及调控可以提高产品质量，但真空、高温、强光、金属蒸气等环境使得实时监测难度非常大。针对上述难点，设计了一套基于背散射电子成像的在线监测系统，该系统采用S型点扫描的偏转扫描方式和接收面积更大的背散射电子信号采集传感器极板，采用中值滤波算法去除椒盐噪声提高图像信噪比，并对图像进行增强处理，在EBSM过程中具备实时清晰地观察加工表面形貌信息的能力，监测范围可达150 mm×150 mm，图像分辨率可达1 000像素×1000像素，成像速度可达1帧/s。

Abstract

Electron beam selective melting (EBSM) is an advanced additive manufacturing technology

which has the advantages of concentrated energy

high energy utilization

can form refractory and brittle materials

and has no pollution in vacuum environment. It is widely used in biomedicine and other fields. Real-time monitoring and regulation of the electron beam selection forming process can improve product quality

but vacuum

high temperature

strong light

metal vapor and other environments make real-time monitoring very difficult. Aiming at the above difficulties

this paper designs a set of online monitoring system based on backscattered electron imaging

including high-frequency deflection scanning system

backscattered electron receiving sensor

backscattered signal processing system

image processing software

etc. and carries out experimental verification. The system adopts a deflection scanning method of S-type point scanning and a sensor plate with a larger receiving area for collecting backscattered electronic signals. The median filtering algorithm is used to remove salt and pepper noise

improve the signal-to-noise ratio of the image

and enhance the image. The results show that the system has the ability to observe the surface topography information in real time and clearly during the EBSM process. The monitoring range can reach 150mm×150mm

the image resolution can reach 1000 pixels×1000 pixels

and the imaging speed can reach 1 frame/second.

关键词

Keywords

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